自制磁懸浮裝置

1、自制磁懸浮裝置Magnetic Levitation 張皓2009.5.6 china        磁懸浮是一項(xiàng)很有發(fā)展前途的項(xiàng)目，我在網(wǎng)上找到兩種控制方法，一種是利用模擬運(yùn)算放大器進(jìn)行PD控制 ,另一種是通過AVR單片機(jī)進(jìn)行軟PD控制，我參照了運(yùn)放的電路制作了裝置，磁鐵 終于懸浮在空中了.懸浮的效果結(jié)構(gòu)如圖,傳感器放置在下方感知磁鐵磁場強(qiáng)度,通過電路,反饋控制上方線圈的電流,使磁鐵處于動(dòng)態(tài)的平衡中.裝置的電感從日光燈泡的電子鎮(zhèn)流器中卸出,為合適,將下方兩側(cè)的磁芯切除,保留中間和上方的磁芯.封閉的磁芯使磁力線從磁

2、芯穿過,就很難吸引下方磁鐵了.磁芯有無的影響:有磁芯可以增強(qiáng)線圈的磁場,降低線圈數(shù)與能耗,此外磁芯與磁鐵的吸引力可以抵消一部分重力,但是有磁芯磁鐵就不能太靠近電感,否則會(huì)被牢牢吸住.總之有磁芯的利大于弊.支架利用打火機(jī)彎曲有機(jī)玻璃制成。首次焊接的電路(圖片)，效果不理想， 電路基準(zhǔn)與比例共用一個(gè)運(yùn)放，調(diào)試?yán)щy，輸出電流不是呈直線,于是我改進(jìn)了電路:各運(yùn)放的接法與功能列表如下接法作用IC-F1減法&比例放大調(diào)整傳感器信號(hào)的基準(zhǔn)IC-F2比例放大將信號(hào)做進(jìn)一步放大IC-F3恒流源電壓變電流源如果使用集成霍爾元件，無需限流，分壓電阻也要調(diào)整?；鶞?zhǔn)與比例電路分離。22UF電容為微分電容，串一小

3、阻值電阻，否則一些毛刺就會(huì)使輸出電壓上下振動(dòng)。IC-F2輸出端的LED指示磁場的強(qiáng)弱,2k電阻避開LM324的0.7V死區(qū)電壓。IC-F3恒流源用于消除三極管放大倍數(shù)影響。續(xù)流二極管防止電感反激電流損壞三極管，三極管選用中大功率管.4.7UF、104僅用于消除電感的聲音噪聲。懸浮的效果控制電路底部的霍爾傳感器HW101A磁鐵有三種不穩(wěn)定情況,如上圖所示,其中前兩種最終會(huì)導(dǎo)致生效,第一種可通過濾波或微分電路消除,第二種遇到后我想來好長時(shí)間,感謝上帝幫助,只要下面固定一重物就可以解決了.實(shí)際操作中我在磁鐵下方粘貼了一塊馬賽克玻璃,就不會(huì)傾翻了.調(diào)試過程：將磁鐵放于底座(霍爾傳感器上方)，強(qiáng)度指示L

4、ED亮，然后緩慢離開.在合適的高度,如果LED仍然亮,順時(shí)針調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電位器,直到LED熄滅.接通線圈電路,磁鐵即懸浮半空中昨天跑賽格買元件，沒白買了。 買了關(guān)鍵元件，磁線性霍爾 3503 元件。1. 是，已成功懸浮 。 2.是電路上僅有3點(diǎn)不同，一是霍爾VDD處電阻短路，二是用3503。 三是，注意第一級(jí)基準(zhǔn)，47K->4.7K,   反正調(diào)到和霍爾輸出的電壓，  約2.6V。自制要點(diǎn):被懸浮的必須是磁力強(qiáng)體積小的磁鐵,推薦使用球形釹鐵硼磁鐵,非球形也行. 漆包線很貴,線圈不必繞那么多圈,繞到我這個(gè)

5、的一半就可以達(dá)到和我這個(gè)一樣的磁場了,但是繞得越多,越省電. 兩個(gè)可變電阻的阻值必須調(diào)試到合適才能懸浮且穩(wěn)定. 霍爾元件的位置應(yīng)該處于線圈中心.這種球形磁鐵可以在淘寶上買到，搜“球形釹鐵硼”即可，目前全國只此一家，所以是2元/個(gè)的“壟斷價(jià)格”，不用球形的話，很多城市的賣電機(jī)的地方都有賣釹鐵硼。“磁懸浮”現(xiàn)在已經(jīng)變成家喻戶曉的名詞。但現(xiàn)在大家熟悉的磁懸浮都是利用磁場的斥力把鐵磁體向上方托起，磁懸浮列車就屬于這一種?？墒悄阋娺^凌空懸著的“磁懸掛”嗎？ 我設(shè)計(jì)制作了一個(gè)不算復(fù)雜的電子裝置，就能演示這種不尋常的科學(xué)現(xiàn)象。 材 料 R1R6均為1/4W碳膜電阻，R7、R8為1/4W微調(diào)電位器。

6、 C1：1uF無極性電解電容。 IC1：四運(yùn)算放大器集成塊LM324。 VT1：9013。 霍爾元件：3503?；魻栐粡V泛用在家電上，電子市場或家電維修部都能買到，可以買3503,也可以用別的型號(hào),但購買時(shí)須說明是線性輸出的,錯(cuò)買了開關(guān)型的不能用。在電路圖中沒畫出霍爾元件的接法，應(yīng)該把有字的一端朝向自己，三個(gè)管腳從左到右依次接電源正極、接地、 接電路中的信號(hào)輸入端。 懸浮小磁球?yàn)楦邚?qiáng)磁性的釹鐵硼磁鋼小球，普通磁鐵的磁性不夠，不能用。釹鐵硼磁鋼小球可以在淘寶網(wǎng)上購買(搜索“球形釹鐵硼”），非球形的釹鐵硼小磁鋼也能用，就是演示的視覺效果差點(diǎn)。 制 作  1.

7、60;電路部分的元件不多，我自制時(shí)采取“空間連接”，各接點(diǎn)用電烙鐵焊牢。如果不習(xí)慣，則把元器件焊在附上的印刷電路板上。 2. 制作電磁線圈。找一根內(nèi)徑8毫米的塑料圓珠筆管，切割1.5厘米長一段做為線圈芯管，用薄鋁片（絕對不能用鐵片）剪兩塊外徑2厘米的擋板，分別在中心部位鉆一個(gè)與筆管內(nèi)徑一樣大的孔，用AB膠把兩個(gè)檔板粘牢在芯管兩端。把長度為15  20米、線徑為0.2毫米的漆包線密繞在這個(gè)骨架上。圈數(shù)繞得更多些就更省電，但是電磁力不會(huì)明顯提高。 線圈做好后試驗(yàn)一下：接上大約5伏直流電，在小磁球上方1厘米之外應(yīng)該能把它吸上來。 最后在線圈芯管中心處插入一個(gè)霍爾元件，使

8、霍爾元件上的平面與線圈擋板平行。在線圈端面前加一塊鋁片，鋁片內(nèi)形成的渦流能夠使小磁球懸浮更加平穩(wěn)，其作用類似于電容的微分控制。 3. 將包括5號(hào)電池夾（4節(jié)）和開關(guān)在內(nèi)的各部分組裝在一個(gè)長條形的半敞開盒子里，今后調(diào)節(jié)電位器就比較方便。 調(diào)試和演示 把磁鋼小球放在線圈下5毫米處。先把R8調(diào)到最大，從正到負(fù)調(diào)節(jié)R7，直至小磁球離地為止。如果它一直不能離地，則應(yīng)把線圈反接。 調(diào)小R8，使磁鋼小球穩(wěn)定；然后邊觀察邊微調(diào)R7、R8，最終使小球能穩(wěn)定懸空漂浮在線圈下1厘米處。 在演示時(shí)，可以輕輕晃動(dòng)裝置，用紙、塑料瓶等從小球與線圈之間穿過，甚至用手指輕輕觸碰小球，它都能保持懸浮狀態(tài)。“磁懸浮”現(xiàn)

9、在已經(jīng)變成家喻戶曉的名詞。但現(xiàn)在大家熟悉的磁懸浮都是利用磁場的斥力把鐵磁體向上方托起，磁懸浮列車就屬于這一種?？墒悄阋娺^凌空懸著的“磁懸掛”嗎？ 我設(shè)計(jì)制作了一個(gè)不算復(fù)雜的電子裝置，就能演示這種不尋常的科學(xué)現(xiàn)象。 材 料 R1R6均為1/4W碳膜電阻，R7、R8為1/4W微調(diào)電位器。 C1：1uF無極性電解電容。 IC1：四運(yùn)算放大器集成塊LM324。 VT1：9013。 霍爾元件：3503。霍爾元件被廣泛用在家電上，電子市場或家電維修部都能買到，可以買3503,也可以用別的型號(hào),但購買時(shí)須說明是線性輸出的,錯(cuò)買了開關(guān)型的不能用。在電路圖中沒畫出霍爾元件的接法，應(yīng)該把有字的一端朝向自

10、己，三個(gè)管腳從左到右依次接電源正極、接地、 接電路中的信號(hào)輸入端。 懸浮小磁球?yàn)楦邚?qiáng)磁性的釹鐵硼磁鋼小球，普通磁鐵的磁性不夠，不能用。釹鐵硼磁鋼小球可以在淘寶網(wǎng)上購買(搜索“球形釹鐵硼”），非球形的釹鐵硼小磁鋼也能用，就是演示的視覺效果差點(diǎn)。 制 作  1. 電路部分的元件不多，我自制時(shí)采取“空間連接”，各接點(diǎn)用電烙鐵焊牢。如果不習(xí)慣，則把元器件焊在附上的印刷電路板上。 2. 制作電磁線圈。找一根內(nèi)徑8毫米的塑料圓珠筆管，切割1.5厘米長一段做為線圈芯管，用薄鋁片（絕對不能用鐵片）剪兩塊外徑2厘米的擋板，分別在中心部位鉆一個(gè)與筆管內(nèi)徑一樣大的孔，用AB膠把兩個(gè)檔板粘牢在芯管兩端。把長度為15  20米、線徑為0.2毫米的漆包線密繞在這個(gè)骨架上。圈數(shù)繞得更多些就更省電，但是電磁力不會(huì)明顯提高。 線圈做好后試驗(yàn)一下：接上大約5伏直流電，在小磁球上方1厘米之外應(yīng)該能把它吸上來。 最后在線圈芯管中心處插入一個(gè)霍爾元件，使霍爾元件上的平面與線圈擋板平行。在線圈端面前加一塊鋁片，鋁片內(nèi)形成的渦流能夠使小磁球懸浮更加平穩(wěn)，其作用類似于電容的微分控制。 3. 將包括5號(hào)電池夾（4節(jié)）和開關(guān)在內(nèi)的各部分組裝在一個(gè)長條形的半敞開盒子里，今后調(diào)節(jié)電位器就比較方便。 調(diào)試和演示 把磁鋼小球放在線圈下5毫米處。先把R8調(diào)到最大